(57)【要約】【課題】基準値以上の寿命を有する面発光レーザ素子を提供する。【解決手段】面発光レーザ素子１０は、基板１と、反射層２，６と、共振器スペーサー層３，５と、活性層４と、選択酸化層７と、コンタクト層８と、パッシベーション膜９と、配線電極１１と、ｎ側電極１２とを備える。反射層２、共振器スペーサー層３と、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６、選択酸化層７およびコンタクト層８は、順次、基板１上に積層される。そして、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６、選択酸化層７およびコンタクト層８は、メサ構造体２０を構成する。パッシベーション膜９は、メサ構造体２０に接して形成され、配線電極１１は、コンタクト層８の一部およびパッシベーション膜９上に形成され、ｎ側電極１２は、基板１の裏面に形成される。パッシベーション膜９は、−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍの全応力を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面発光レーザ素子であって、
基板と、
前記基板上に形成され、柱状構造からなるメサ構造体と、
前記基板の面内方向における前記メサ構造体の周囲を覆う絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、前記面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に設定する全応力を有する、面発光レーザ素子。
【請求項２】
前記全応力の絶対値は、６×１０４ｄｙｎ／ｃｍ以下である、請求項１に記載の面発光レーザ素子。
【請求項３】
前記メサ構造体に含まれる半導体層に接続された配線をさらに備え、
前記絶縁膜は、
前記メサ構造体および前記面内方向における前記メサ構造体の周囲の半導体層に接して形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜および前記配線に接して形成され、前記面内方向において前記配線を略平坦化する第２の絶縁膜とを含む、請求項１または請求項２に記載の面発光レーザ素子。
【請求項４】
前記第１および第２の絶縁膜の一方は、圧縮応力および引っ張り応力のいずれか一方の応力からなる内部応力を有し、
前記第１および第２の絶縁膜の他方は、前記圧縮応力および前記引っ張り応力のいずれか他方の応力からなる内部応力を有する、請求項３に記載の面発光レーザ素子。
【請求項５】
複数の面発光レーザ素子を備え、
前記複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる、面発光レーザアレイ。
【請求項６】
前記複数の面発光レーザ素子は、光書き込み用の書き込み光源である、請求項５に記載の面発光レーザアレイ。
【請求項７】
書き込み光源を備え、
前記書き込み光源は、請求項６に記載の面発光レーザアレイからなる、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光レーザ素子、それを備えた面発光レーザアレイおよびその面発光レーザアレイを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ素子は、端面発光型レーザ素子に比べて、製造コストが低く、二次元のアレイ化による集積化が容易である等の多くの利点を有するため、光通信、光インターコネクションおよび光記録等の多くの分野で用いられることが期待されている。
【０００３】
面発光レーザ素子は、たとえば、ｎ型ＧａＡｓからなる基板上に、ｎ型多層膜反射鏡、下部スペーサー層、多重量子井戸活性層、上部スペーサー層およびｐ型多層膜反射鏡を順次積層した積層構造を有し、積層構造の上部は、柱状構造からなるメサ構造体になっている。そして、面発光レーザ素子は、メサ構造体の側壁と、メサ構造体の周辺の半導体とを被覆する絶縁膜と、メサ構造体の最上表面に配置されたコンタクト層に接続された上部電極と、基板の裏面に形成された下部電極とをさらに備える。そして、面発光レーザ素子は、メサ構造体の最上表面に設けられた開口部からレーザ光を出射する。
【０００４】
面発光レーザアレイは、上述した構成の面発光レーザ素子を二次元に集積化した構造からなる。
【０００５】
面発光レーザ素子において、閾値電流および消費電力等のレーザ特性の観点から最も有望視されるものに、選択酸化型の面発光レーザ素子がある。この選択酸化型の面発光レーザ素子は、上述した積層構造を結晶成長によって形成する際に、ＡｌＡｓ層（またはＡｌ組成が極めて“１”に近いＡｌＧａＡｓ層）をｐ型多層膜反射鏡の一部として成長し、このＡｌＡｓ層を選択酸化することによって、活性層へ注入する電流を制限する電流狭窄構造をメサ構造体の中に作り込んだ面発光レーザ素子である。
【０００６】
メサ構造体と、メサ構造体の周辺の半導体層とを覆う絶縁膜として酸化珪素、窒化珪素および酸窒化珪素等のいずれかを用い、絶縁膜の内部応力を１．５×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２以下にすることにより、メサ構造体の劣化、変形および損傷等を予防し、メサ構造体から出射されるレーザ光の出力を長期間安定させることが知られている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１においては、４種類の内部応力（＝３×１０８ｄｙｎ／ｃｍ２、１．５×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２、３×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２、４×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２）の絶縁膜を用いて１００℃の温度で９ｍＡの電流を流した加速実験を行なっている。そして、特許文献１では、内部応力を１．５×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２以下（好ましくは３×１０８ｄｙｎ／ｃｍ２以下）にすることにより、レーザ出力が殆ど低下しないという結果を得ている。
【０００８】
また、メサ構造体を覆う絶縁膜上にポリイミドをさらに形成してメサ構造体およびその周辺部を平坦化した構造の面発光レーザ素子も知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００４−２００２１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載されているように、内部応力を小さくしただけでは、面発光レーザ素子の寿命を長くすることが困難であるという問題がある。
【００１０】
面発光レーザ素子は、メサ構造体と、メサ構造体に接して形成された絶縁膜とを備えており、メサ構造体に加わる力は、絶縁膜の全応力によって決定される。また、絶縁膜の全応力は、（内部応力）×（膜厚）によって決定される。
【００１１】
したがって、内部応力が小さくても、絶縁膜の膜厚が厚ければ、絶縁膜の全応力は大きくなり、メサ構造体に大きな力が加わる。その結果、面発光レーザ素子の寿命が短くなる。
【００１２】
一方、内部応力が大きくても、絶縁膜の膜厚が薄ければ、絶縁膜の全応力は小さくなり、メサ構造体に加わる力は小さくなる。その結果、面発光レーザ素子の寿命は長くなる。
【００１３】
このように、内部応力を小さくしただけでは、面発光レーザ素子の寿命を長くすることは困難である。
【００１４】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザ素子を提供することである。
【００１５】
また、この発明の別の目的は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイを提供することである。
【００１６】
さらに、この発明の別の目的は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザアレイを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明によれば、面発光レーザ素子は、基板と、メサ構造体と、絶縁膜とを備える。メサ構造体は、基板上に形成され、柱状構造からなる。絶縁膜は、基板の面内方向におけるメサ構造体の周囲を覆う。絶縁膜は、面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に設定する全応力を有する。
【００１８】
好ましくは、全応力の絶対値は、６×１０４ｄｙｎ／ｃｍ以下である。
【００１９】
好ましくは、面発光レーザ素子は、配線をさらに備える。配線は、メサ構造体に含まれる半導体層に接続される。そして、絶縁膜は、第１および第２の絶縁膜を含む。第１の絶縁膜は、メサ構造体および面内方向におけるメサ構造体の周囲の半導体層に接して形成される。第２の絶縁膜は、第１の絶縁膜および配線に接して形成され、面内方向において配線を略平坦化する。
【００２０】
好ましくは、第１および第２の絶縁膜の一方は、圧縮応力および引っ張り応力のいずれか一方の応力からなる内部応力を有する。第１および第２の絶縁膜の他方は、圧縮応力および引っ張り応力のいずれか他方の応力からなる内部応力を有する。
【００２１】
この発明によれば、面発光レーザアレイは、複数の面発光レーザ素子を備える。複数の面発光レーザ素子の各々は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面発光レーザ素子からなる。
【００２２】
好ましくは、複数の面発光レーザ素子は、光書き込み用の書き込み光源である。
【００２３】
さらに、この発明によれば、画像形成装置は、請求項６に記載の面発光レーザアレイからなる書き込み光源を備える。
【発明の効果】
【００２４】
この発明による面発光レーザ素子は、メサ構造体に接して形成され、かつ、面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に設定する全応力を有する絶縁膜を備える。
【００２５】
したがって、この発明によれば、面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に長くできる。
【００２６】
また、この発明による面発光レーザアレイおよび画像形成装置は、この発明による面発光レーザ素子を備える。
【００２７】
したがって、この発明によれば、面発光レーザアレイおよび画像形成装置の寿命を長くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２９】
図１は、この発明の実施の形態による面発光レーザ素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による面発光レーザ素子１０は、基板１と、反射層２，６と、共振器スペーサー層３，５と、活性層４と、選択酸化層７と、コンタクト層８と、パッシベーション膜９と、配線電極１１と、ｎ側電極１２とを備える。なお、面発光レーザ素子１０は、波長７８０ｎｍのレーザ光を発振する。
【００３０】
基板１は、ｎ型ガリウム砒素（ｎ−ＧａＡｓ）からなる。反射層２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、４０．５周期の［ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、基板１の一主面上に形成される。なお、図１には、図示されていないが、反射層２は、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｎ−ＡｌＧａＡｓからなる組成傾斜層を含む。
【００３１】
共振器スペーサー層３は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、反射層２上に形成される。活性層４は、３層のＧａＩｎＰＡｓと、４層のＧａ０．６Ｉｎ０．４Ｐとを交互に積層した量子井戸構造からなる。そして、ＧａＩｎＰＡｓは、圧縮歪組成を有し、Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐは、ＧａＩｎＰＡｓと格子整合し、引っ張り歪を有する。
【００３２】
共振器スペーサー層５は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなり、活性層４上に形成される。反射層６は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの対を一周期とした場合、２４周期の［ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ］からなり、共振器スペーサー層５上に形成される。なお、図１には、図示されていないが、反射層６は、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの一方の組成から他方の組成へ向かって組成を変化させたｐ−ＡｌＧａＡｓからなる組成傾斜層を含む。
【００３３】
選択酸化層７は、ｐ−ＡｌＡｓからなり、反射層６中に設けられる。そして、選択酸化層７は、非酸化領域７ａと酸化領域７ｂとからなる。
【００３４】
コンタクト層８は、ｐ−ＧａＡｓからなり、反射層６上に形成される。パッシベーション膜９は、たとえば、ＳｉＯ２からなり、共振器スペーサー層３の一部の一主面と、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６、選択酸化層７およびコンタクト層８の端面とを覆うように形成される。
【００３５】
配線電極１１は、コンタクト層８の一部およびパッシベーション膜９上に形成される。そして、配線電極１１は、Ｃｒ／ＡｕＺｎ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｕからなる。ｎ側電極１２は、基板１の裏面に形成される。そして、ｎ側電極１２は、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなる。
【００３６】
そして、反射層２，６の各々は、活性層４で発振した発振光をブラッグの多重反射により反射して活性層４に閉じ込める半導体分布ブラッグ反射器を構成する。この場合、反射層２を構成するｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚は、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。また、反射層６を構成するｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの各々の膜厚も、ブラッグの多重反射の位相条件を満たす様に、レーザ発振波長（λ＝７８０ｎｍ）に対してλ／４ｎ（ｎは各半導体層の屈折率）に設定される。
【００３７】
また、面発光レーザ素子１０においては、共振器スペーサー層３，５および活性層４は、共振領域を構成する。そして、共振器スペーサー層３，５および活性層４からなる共振領域は、これらの半導体層中における発振光の位相変化量が２πとなるように設定されており、一波長共振器構造を形成する。
【００３８】
さらに、面発光レーザ素子１０においては、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６および選択酸化層７は、メサ構造体２０を構成する。
【００３９】
さらに、面発光レーザ素子１０においては、選択酸化層７は、共振器スペーサー層５からλ／４だけ離れた反射層６中に配置される。そして、このλ／４ｎの膜厚は、各半導体層中における発振光の位相変化量がπ／２となる膜厚である。
【００４０】
さらに、面発光レーザ素子１０においては、パッシベーション膜９は、１５０ｎｍの膜厚および−４×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２の内部応力を有する。その結果、パッシベーション膜９は、−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍの全応力Ｓを有する。
【００４１】
図２および図３は、それぞれ、図１に示す面発光レーザ素子１０の作製方法を示す第１および第２の工程図である。図２を参照して、一連の動作が開始されると、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、反射層２、共振器スペーサー層３、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６、選択酸化層７、およびコンタクト層８を基板１上に順次積層する（図２の工程（ａ）参照）。
【００４２】
この場合、反射層２のｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓおよびｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）およびセレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）を原料として形成する。
【００４３】
また、共振器スペーサー層３のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、活性層４のＧａＩｎＰＡｓ／Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、フォスフィン（ＰＨ３）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成する。
【００４４】
さらに、共振器スペーサー層５のノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として形成し、反射層６のｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００４５】
さらに、選択酸化層７のｐ−ＡｌＡｓをトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成し、コンタクト層８のｐ−ＧａＡｓをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ３）および四臭化炭素（ＣＢｒ４）を原料として形成する。
【００４６】
その後、コンタクト層８の上にレジストを塗布し、写真製版技術を用いて、コンタクト層８上にレジストパターン３０を形成する（図２の工程（ｂ）参照）。この場合、レジストパターン３０は、たとえば、１辺が２０μｍである正方形の形状を有する。
【００４７】
レジストパターン３０を形成すると、その形成したレジストパターン３０をマスクとして用いて、活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６、選択酸化層７およびコンタクト層８の周辺部をドライエッチングにより除去し、さらに、レジストパターン３０を除去する（図２の工程（ｃ）参照）。これにより、柱状形状からなるメサ構造体２０が基板１上に形成される。
【００４８】
次に、図３を参照して、図２に示す工程（ｃ）の後、８５℃に加熱した水を窒素ガスでバブリングした雰囲気中において、試料を４２５℃に加熱して、選択酸化層７の周囲を外周部から中央部に向けて酸化し、選択酸化層７中に非酸化領域７ａと酸化領域７ｂとを形成する（図３の工程（ｄ）参照）。この場合、非酸化領域７ａは、たとえば、１辺が４μｍである正方形からなる。
【００４９】
その後、気相化学堆積法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、試料の全面にＳｉＯ２からなるパッシベーション膜９を形成する。より具体的には、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜９は、シラン（ＳｉＨ４）および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を原料ガスとし、ヘリウム（Ｈｅ）をキャリアガスとしたプラズマＣＶＤ法により形成される。そして、ＳｉＯ２からなるパッシベーション膜９を形成する条件は、表１に示すとおりである。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
そして、パッシベーション膜９を形成した後、写真製版技術を用いて光出射部となる領域およびその周辺領域のパッシベーション膜９を除去する（図３の工程（ｅ）参照）。
【００５２】
その後、光出射部となる領域上に１辺が８μｍであるレジストパターンを形成し、試料の全面にｐ側電極材料を蒸着により形成し、レジストパターン上のｐ側電極材料をリフトオフにより除去して配線電極１１をパッシベーション膜９上に形成する。そして、基板１の裏面を研磨し、基板１の裏面にｎ側電極１２を形成し、さらに、アニールして配線電極１１およびｎ側電極１２のオーミック導通を取る（図３の工程（ｆ）参照）。これによって、面発光レーザ素子１０が作製される。
【００５３】
表１に示す条件で形成したＳｉＯ２の応力は、予め、４インチのＳｉ基板に表１に示す条件でＳｉＯ２を形成し、応力測定装置（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製、Ｍｏｄｅｌ  ＦＬＸ−２３２０）を用いて評価した。評価方法は、次のとおりである。Ｓｉ基板の初期の反り量ＳＰ０を計測し、その後、ＳｉＯ２を形成した後のＳｉ基板の反り量ＳＰＳｉ／ＳｉＯ２を計測する。そして、反り量ＳＰＳｉ／ＳｉＯ２から反り量ＳＰ０を減算してＳｉＯ２自体の反り量ＳＰＳｉＯ２を演算し、その計測した反り量ＳＰＳｉＯ２に基づいて、ＳｉＯ２の内部応力σを求める。その後、内部応力σにＳｉＯ２の膜厚を乗算してＳｉＯ２の全応力Ｓを求める。
【００５４】
このような方法によってＳｉＯ２の全応力を評価した結果、上述したように、ＳｉＯ２の内部応力σは、−４×１０９ｄｙｎ／ｃｍ２であり、ＳｉＯ２の全応力Ｓは、１５０ｎｍの膜厚において、−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍであった。
【００５５】
図４は、図１に示す面発光レーザ素子１０の寿命試験の結果を示す図である。図４の（ａ），（ｂ）において、縦軸は、ＣＷ駆動における初期の光出力で規格化した面発光レーザ素子１０の光出力Ｐ／Ｐ０を表し、横軸は、時間を表す。また、図４の（ｃ）において、縦軸は、井戸層がＡｌＧａＡｓからなる活性層を備える面発光レーザ素子の光出力Ｐ／Ｐ０を表し、横軸は、時間を表す。
【００５６】
さらに、曲線ｋ１〜ｋ５は、それぞれ、選択酸化層７の非酸化領域７ａの面積がそれぞれ２９．９μｍ２、２７．７μｍ２、２６．９μｍ２、２５．５μｍ２および８．７μｍ２である場合の光出力Ｐ／Ｐ０の時間依存性を示し、曲線ｋ６，ｋ７は、選択酸化層７の非酸化領域７ａの面積が７．９μｍ２である場合の光出力Ｐ／Ｐ０の時間依存性を示し、曲線ｋ８〜ｋ１０は、選択酸化層７の非酸化領域７ａの面積が１５．５μｍ２である場合の光出力Ｐ／Ｐ０の時間依存性を示す。なお、寿命試験は、６０℃の環境で行なわれた。
【００５７】
面発光レーザ素子を光書き込み装置等に用いる場合、面発光レーザ素子を、１０００時間、連続して動作させたときの光出力が初期の光出力の８０％以上であることが規格で決められている。
【００５８】
図４に示す結果から、面発光レーザ素子１０の非酸化領域７ａの面積を上述した各面積のいずれに設定しても、１０００時間の連続動作で８０％以上の光出力Ｐ／Ｐ０が得られており、面発光レーザ素子を光書き込み装置等に用いる場合の規格を満たしている。
【００５９】
また、非酸化領域７ａの面積が大きくなるに従って、活性層４に注入される電流量が増加し、面発光レーザ素子１０における発熱量が多くなり、劣化に対して不利となるが、全応力が−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍであるＳｉＯ２からなるパッシベーション膜９を用いることにより、１０００時間以上の寿命を有する面発光レーザ素子１０を実現できる。
【００６０】
さらに、活性層４の井戸層がＡｌＧａＡｓで構成されていても、１０００時間の連続動作で８０％以上の光出力Ｐ／Ｐ０が得られており、面発光レーザ素子を光書き込み装置等に用いる場合の規格を満たしている。したがって、活性層４の井戸層がＧａＩｎＰおよびＡｌＧａＡｓのいずれで構成しても、１０００時間の連続動作で８０％以上の光出力Ｐ／Ｐ０が得られ、面発光レーザ素子を光書き込み装置等に用いる場合の規格を満たす面発光レーザ素子を作製できる。
【００６１】
なお、上記においては、面発光レーザ素子１０の活性層４は、ＧａＩｎＰＡｓ／Ｇａ０．６Ｉｎ０．４Ｐからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、活性層４は、Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ／Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなっていてもよい。
【００６２】
また、上記においては、共振器スペーサー層３，５は、ノンドープＡｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、共振器スペーサー層３，５は、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなっていてもよい。共振器スペーサー層３，５を（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐによって構成することにより、共振器スペーサー層３，５をＡｌＧａＡｓ系の材料により構成した場合よりも活性層４へのキャリア閉じ込め効果が大きくなり、面発光レーザ素子１０の光出力を向上できる。
【００６３】
さらに、上記においては、選択酸化層７は、ｐ−ＡｌＡｓからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、選択酸化層７は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９≦ｘ＜１）からなっていてもよく、一般的には、選択酸化層７は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０．９≦ｘ≦１）からなっていればよい。
【００６４】
さらに、上記においては、パッシベーション膜９は、ＳｉＯ２からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、パッシベーション膜９は、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯＨ膜およびポリイミド膜のいずれかからなっていてもよい。そして、−８×１０８ｄｙｎ／ｃｍ２の内部応力を有するＳｉＯＮ膜でパッシベーション膜９を構成した場合、ＳｉＯＮ膜の膜厚を７５０ｎｍ以下にすることにより、パッシベーション膜９の全応力Ｓを−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍ以下に設定することができる。
【００６５】
この発明の実施の形態による面発光レーザ素子は、図５に示す面発光レーザ素子１０Ａであってもよい。図５は、この発明の実施の形態による面発光レーザ素子の他の概略断面図である。図５を参照して、面発光レーザ素子１０Ａは、図１に示す面発光レーザ素子１０にポリイミド膜１３を追加したものであり、その他は、面発光レーザ素子１０と同じである。
【００６６】
ポリイミド膜１３は、パッシベーション膜９および配線電極１１に接してパッシベーション膜９と配線電極１１との間に形成される。そして、ポリイミド膜１３は、メサ構造体２０（＝活性層４、共振器スペーサー層５、反射層６および選択酸化層７からなる）の高さとほぼ同じ膜厚を有する。これによって、配線電極１１を平坦化でき、配線電極１１の段差部分での断線を防止できる。
【００６７】
面発光レーザ素子１０Ａの作製方法は、図２および図３に示す工程（ａ）〜（ｆ）に従って行なわれるが、工程（ｆ）においては、配線電極１１をパッシベーション膜９上に形成する前にポリイミド膜１３を形成し、その形成したポリイミド膜１３上に配線電極１１を形成する。
【００６８】
そして、ポリイミド膜１３は、スピンコートによってパッシベーション膜９上に形成される。より具体的には、ポリイミド膜１３は、感光性ポリイミド（商品名：ＰＩＭＥＬ  Ｇ−７６４０Ｅ）を２２００ｒｐｍでスピンコートによって４μｍの膜厚に塗布する。そして、メサ構造体２０の上部のコンタクト層８が露出するように露光・現像し、ポストベークおよびキュアすることで、メサ構造体２０に隣接する凹部に膜を形成できる。
【００６９】
このようにして形成したポリイミド膜１３をマスクとしてメサ構造体２０の上部の絶縁体をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）によってエッチングし、配線電極１１を形成するための窓開けを行なう。その後、上述した配線電極１１を形成する。
【００７０】
ポリイミドをキュアすることで溶剤が抜けるので、ポリイミド膜１３の膜厚は、塗布した膜厚（＝４μｍ）の半分（＝２μｍ）になる。このポリイミド膜１３の内部応力を計測した結果、３．７×１０８ｄｙｎ／ｃｍ２の引っ張り応力であった。その結果、ポリイミド膜１３の全応力Ｓは、７．４×１０４ｄｙｎ／ｃｍ（＝３．７×１０８ｄｙｎ／ｃｍ２×２×１０−４ｃｍ）となる。
【００７１】
ポリイミド膜１３は、パッシベーション膜９に接して形成され、パッシベーション膜９は、上述したように、−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍの全応力を有するので、パッシベーション膜９およびポリイミド膜１３の全体の合成応力は、１．４×１０４ｄｙｎ／ｃｍ（＝７．４×１０４ｄｙｎ／ｃｍ＋（−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍ））となり、パッシベーション膜９だけの全応力よりも小さくなる。
【００７２】
面発光レーザ素子１０Ａの寿命試験を行なった結果、６０℃の温度で１０００時間、動作させても、出射光の劣化は、観測されなかった。
【００７３】
このように、パッシベーション膜９と反対の全応力を有するポリイミド膜１３をパッシベーション膜９と組合わせることによって、歪み補償を行なうことができ、全応力を１．４×１０４ｄｙｎ／ｃｍまで低減できた。その結果、面発光レーザ素子１０Ａを書き込み用の半導体レーザとして用いることができる。
【００７４】
上記においては、−６×１０４ｄｙｎ／ｃｍの全応力を有するパッシベーション膜９を備える面発光レーザ素子１０と、１．４×１０４ｄｙｎ／ｃｍの全応力を有するパッシベーション膜９およびポリイミド膜１３を備える面発光レーザ素子１０Ａとについて説明したが、この発明による面発光レーザ素子は、全応力の絶対値が６×１０４ｄｙｎ／ｃｍ以下である絶縁膜を備えていればよく、より一般的には、面発光レーザ素子の寿命を基準値（＝６０℃の動作温度で１０００時間、連続動作させたときの光出力の劣化率が８０％）以上に設定する全応力を有する絶縁膜を備えていればよい。
【００７５】
図６は、この発明による面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイの平面図である。図６を参照して、面発光レーザアレイ１００は、１６個の面発光レーザ素子１０を備える。なお、図６においては、面発光レーザ素子１０のメサ構造体２０は、直径２０μｍの円形形状を有するものとして示されている。
【００７６】
面発光レーザアレイ１００においては、面発光レーザ素子１０は、４×４に配置されており、副走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１０の間隔は、４０μｍであり、主走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１０の間隔も、４０μｍである。そして、主走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子は、その中心が副走査方向に１０μｍづつずらされている。そして、主走査方向に配置された４個の面発光レーザ素子１０から副走査方向に配置された線１１０へ下ろした４本の垂線１１１〜１１４の間隔ｄは、等間隔である。
【００７７】
その結果、面発光レーザアレイ１００を用いて書き込みを行なうことにより２４００ＤＰＩ（ドット／インチ）を実現できる。
【００７８】
図７は、この発明による面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイの他の平面図である。図７を参照して、面発光レーザアレイ１００Ａは、４０個の面発光レーザ素子１０と、４０本の配線１２０と、４０個のパッド１３０とを備える。
【００７９】
４０個の面発光レーザ素子１０は、４個の面発光レーザ素子１０が副走査方向に配置され、１０個の面発光レーザ素子１０が主走査方向に配置された４×１０個の面発光レーザ素子１０からなる。そして、４０本の配線１２０の各々は、１個の面発光レーザ素子１０を１個のパッド１３０に接続する。この場合、４０個の面発光レーザ素子１０のうち、内周部に配置された１６個の面発光レーザ素子１０を１６個のパッド１３０に接続する１６本の配線１２０は、主走査方向に配置された１０個の面発光レーザ素子１０の間に配置される。より具体的には、この１６本の配線１２０は、主走査方向に配置された隣接する２つの面発光レーザ素子１０間を１本の配線１２０が通過するように配置される。
【００８０】
そして、面発光レーザアレイ１００Ａにおいては、副走査方向に配置された隣接する２つの面発光レーザ素子１０間には、配線１２０は、配置されない。これにより、副走査方向の寸法を短くでき、面発光レーザアレイ１００Ａ全体のサイズを小さくできる。
【００８１】
面発光レーザアレイ１００Ａの寿命試験を６０℃で行なった結果、１０００時間の連続動作で、光出力の劣化率は、２０％以内であり、面発光レーザアレイ１００Ａは、光書き込み用の光源としての規格を満たしている。
【００８２】
なお、面発光レーザアレイ１００，１００Ａにおいては、面発光レーザ素子１０に代えて面発光レーザ素子１０Ａを用いてもよい。
【００８３】
上記においては、面発光レーザアレイを構成する複数の面発光レーザ素子として、４×４個の面発光レーザ素子１０および４×１０個の面発光レーザ素子１０を示したが、この発明による面発光レーザアレイは、これ以外の個数の面発光レーザ素子を備えていてもよく、その配置も自由である。
【００８４】
図８は、この発明による面発光レーザアレイを備えたレーザプリンターの構成を示す概略図である。図８を参照して、レーザプリンター２００は、面発光レーザアレイ１００Ａと、レンズ１０１，１０３と、ポリゴンミラー１０２と、感光体１０４とを備える。なお、レーザプリンター２００は、この発明による「画像形成装置」を構成する。
【００８５】
面発光レーザアレイ１００Ａは、４０個のビームを放射する。レンズ１０１は、面発光レーザアレイ１００Ａから放射された４０個のビームをポリゴンミラー１０２へ導く。
【００８６】
ポリゴンミラー１０２は、所定の速度で時計方向に回転し、レンズ１０１から受けた４０個のビームを主走査方向および副走査方向に走査させてレンズ１０３へ導く。レンズ１０３は、ポリゴンミラー１０２によって走査された４０個のビームを感光体１０４に導く。
【００８７】
このように、レーザプリンター２００は、面発光レーザアレイ１００Ａからの４０個のビームをレンズ１０１，１０３およびポリゴンミラー１０２等からなる同じ光学系を用い、ポリゴンミラー１０２を高速回転させるとともに、ドット位置を点灯のタイミングを調整して副走査方向に分離した４０個の光スポットとして被走査面である感光体１０４上に集光する。
【００８８】
レーザプリンター２００においては、副走査方向（感光体１０４の回転方向）に約１０μｍ間隔で書き込み可能であり、２４００ＤＰＩを実現できる。また、主走査方向の書き込み間隔は、光源である面発光レーザアレイ１００Ａにおける４０個の面発光レーザ素子１０の点灯タイミングを調整することによって容易に制御できる。
【００８９】
このように、レーザプリンター２００においては、４０ドットを同時に書き込み可能であり、高速印刷でき、面発光レーザアレイ１００Ａにおける面発光レーザ素子１０の素子数を増やすことにより、更に高速印刷が可能である。また、面発光レーザ素子１０の間隔を調整することによって副走査方向の間隔を調整でき、２４００ＤＰＩよりも更に高密度に書き込みを行なうことができる。
【００９０】
なお、レーザプリンター２００においては、面発光レーザアレイ１００Ａに代えて面発光レーザアレイ１００を用いてもよい。
【００９１】
また、上記においては、面発光レーザアレイ１００，１００Ａのレーザプリンターへの応用例を示したが、面発光レーザアレイ１００，１００Ａを他の画像形成装置に適用してもよい。
【００９２】
この発明の実施の形態によれば、この発明による面発光レーザ素子は、メサ構造体に接して形成され、かつ、面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に設定する全応力を有する絶縁膜を備える。
【００９３】
したがって、この発明によれば、面発光レーザ素子の寿命を基準値以上に長くできる。
【００９４】
また、この発明による面発光レーザアレイおよび画像形成装置は、この発明による面発光レーザ素子を備える。
【００９５】
したがって、この発明によれば、面発光レーザアレイおよび画像形成装置の寿命を長くできる。
【００９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
この発明は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザ素子に適用される。また、この発明は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイに適用される。さらに、この発明は、基準値以上の寿命を有する面発光レーザアレイを備えた画像形成装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】この発明の実施の形態による面発光レーザ素子の概略断面図である。
【図２】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第１の工程図である。
【図３】図１に示す面発光レーザ素子の作製方法を示す第２の工程図である。
【図４】図１に示す面発光レーザ素子の寿命試験の結果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態による面発光レーザ素子の他の概略断面図である。
【図６】この発明による面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイの平面図である。
【図７】この発明による面発光レーザ素子を備えた面発光レーザアレイの他の平面図である。
【図８】この発明による面発光レーザアレイを備えたレーザプリンターの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９９】
１  基板、２，６  反射層、３，５  共振器スペーサー層、４  活性層、７  選択酸化層、７ａ  非酸化領域、７ｂ  酸化領域、８  コンタクト層、９  パッシベーション膜、１０，１０Ａ  面発光レーザ素子、１１  配線電極、１２  ｎ側電極、１３  ポリイミド膜、２０  メサ構造体、３０  レジストパターン、１００，１００Ａ  面発光レーザアレイ、１１０  線、１１１〜１１４  垂線、１２０  配線、１３０  パッド、２００  レーザプリンター、１０１，１０３  レンズ、１０２  ポリゴンミラー、１０４  感光体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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